CN102783013B - 用于确定转差频率和用于调节异步电动机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于改进对异步电动机（10）进行调节的方法和装置，该异步电动机包括定子（12）和具有磁各向异性的转子（13），该异步电动机（10）借助模型、尤其是磁场定向的调节模型进行调节，与在异步电动机（10）中出现的磁场相关的与时间相关的电压测量值和/或电流测量值提供给所述模型，并且所述模型考虑至少一个可变的参数，此外，通过转子（13）的磁各向异性在电流测量值和/或电压测量值中产生的波动在各向异性评估器（21）中进行评估并且由此确定转子（13）的实际转差频率和/或转速。按本发明如此实现：通过将在各向异性评估器（21）中获得的实际转差频率和/或转速与相应的从模型中获得的估计值相比较，确定模型的所述参数与在调节技术上希望的值的偏差并且改变所述参数，直到从模型中估计的转差频率和/或转速与由各向异性评估器（21）确定的实际转差频率和/或转速达到基本一致。本发明也涉及相关的测量系统，该测量系统包括异步电动机（10）的由各单独的铁磁性的金属板层（11）构造的转子（13），各金属板层在其整体上定义在转子（13）的可磁化性方面的优先方向（P），从而在运行中产生跟随转子（13）旋转的、各向异性的磁场，异步电动机（10）配置电压测量值传感器和/或电流测量值传感器（18），并且存在用于选择性地评估各向异性对由电压测量值传感器和/或电流测量值传感器（18）测量的与时间相关的电流和/或电压的影响的构件（21）。

Description

用于确定转差频率和用于调节异步电动机的方法和装置

技术领域

本发明的领域是异步电动机的调节或监控。这种电动机广泛用于驱动机器和部件。在许多应用中依赖于准确的调节并且经常也依赖于尽可能准确地维持确定的转速。

背景技术

因此也已知不同的用于调节异步电动机的系统，优选使用这样的系统，其中只利用依赖于在异步电动机中的磁场的电压测量值和/或电流测量值，用于获得关于运行状态的信息。如此外在下面进一步解释的，存在相对准确地运作的模型，尤其是磁场定向模型，所述模型以高的准确性模拟异步电动机的状态，并且在许多情况中用于调节而且也令人满意地运作。

尽管如此，存在依赖于特别精确的转速调节的应用。对于这些应用至今需要单独的转速传感器，因为异步电动机由于其受系统制约的转差不允许仅借助现有的模型以高精度进行转速测量。

从这种情况出发在过去数年中努力，确定地改变异步电动机的转子，使得转子具有不旋转对称的磁特性，即具有沿不同径向方向的磁特性的各向异性。这种各向异性对运行期间的磁场产生影响并能通过电压和/或电流测量装置测量。例如见2008年9月在伯布林根举行的VDE/VDI会议中Rüter,M.；Baader,U.；Oberschelp,W.；G.的出版物“EinegeberloseDrehzahlerfassungfürAynchronmaschinen”和Rüter,Markus；Baader,Uwe；Oberschelp,Wolfgang；Günter在2009年7月5日至8日在韩国首尔举行的IEEE工业电子国际交流会上的会议论文“Asensorlessspeedaquisitionmethodforinductionmaschines”，在此引用它们的全部内容。

异步电动机转子的各向异性允许测量所谓的转差频率，即在旋转磁场频率与转子的实际旋转频率之间的差别，尤其是旋转磁场频率与转子的通过异步电动机的结构方式决定的电有效的旋转频率之间的差别，所述旋转磁场频率即异步电动机定子的磁场的旋转频率和/或从固定的定子角度考虑的磁场变化。以这种方式在已知的旋转磁场频率中能确定转子的实际旋转频率，即转子的实际转速。这种可能性的实际意义目前被认为微不足道的，因为一方面，为利用所述原理，异步电动机的转子改变被认为是需要的，并且另一方面相对低的转差频率表面上看不是特别适合于瞬态过程的调节，例如在异步电动机的负载变化或转速变化时的瞬态过程的调节。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务在于，改进利用异步电动机转子的磁各向异性的测量原理，使之能应用于附加的应用场合并且由此在维持希望的转速方面改进异步电动机的调节。

本发明实现一种用于改进对异步电动机进行调节的方法，该异步电动机包括定子和具有磁各向异性的转子，该异步电动机借助模型进行调节，所述模型尤其是磁场定向的调节模型，与在异步电动机中出现的磁场相关的与时间相关的电压测量值和/或电流测量值提供给所述模型，并且所述模型考虑至少一个可变的参数，此外，通过转子的磁各向异性在电流测量值和/或电压测量值中产生的波动在各向异性评估器中进行评估并且由此确定转子的实际转差频率和/或转速，通过将在各向异性评估器中获得的实际转差频率和/或转速与相应的从模型中获得的估计值相比较，确定模型的所述参数与在调节技术上希望的值的偏差并且改变所述参数，直到从模型中估计的转差频率和/或转速与由各向异性评估器确定的实际转差频率和/或转速达到基本一致。

本发明还实现一种用于改进对异步电动机进行调节的装置，该异步电动机包括定子和具有磁各向异性的转子，存在调节单元，该调节单元用于异步电动机的借助模型的调节、尤其是借助磁场定向的观察器模型的调节，所述调节单元与电压测量值传感器和/或电流测量值传感器连接，所述电压测量值传感器和/或电流测量值传感器提供与在异步电动机中出现的磁场相关的测量值，并且所述模型考虑至少一个可变的参数，此外所述电压测量值传感器和/或电流测量值传感器与各向异性评估器连接，所述各向异性评估器由此能确定转子的实际转差频率和/或转速，所述各向异性评估器和所述模型与比较器连接，使得获得的实际转差频率和/或转速能与相应的由模型提供的模型估计值相比较，并且比较的结果能返回到模型中用于适配在模型中的参数。

按本发明的方法用于改善对异步电动机的调节，所述异步电动机包括定子和具有磁各向异性的转子，所述异步电动机借助模型调节，尤其是借助磁场定向的调节模型调节，与在异步电动机中出现的磁场相关的与时间相关的电压测量值和/或电流测量值提供给所述模型，所述模型考虑至少一个可变的参数，此外，通过转子的磁各向异性在电流测量值和/或电压测量值中产生的波动在各向异性评估器中被评估并且由此转子的实际转差频率和/或转速被确定。其这样实现，即通过将在各向异性评估器中获得的实际转差频率和/或转速与相应的从模型中获得的估计值相比较，确定模型的参数与在调节技术上希望的值的偏差，并且改变所述参数，直到从模型中估计的转差频率和/或转速与由各向异性评估器确定的实际转差频率和/或转速达到基本一致。调节技术上希望的是模型的参数的这样的值，即模型以该值基本上正确地描述用于相应应用情况的异步电动机的状态。测量的转差频率和/或转速因此按本发明不直接用于调节异步电动机，而是使异步电动机的为调节而应用的模型更好地适配到运行中的实际情况。

这样的模型通常称为参数适应的模型，即所述模型的参数在运行中适配到实际的测量值。为此由提供给模型的测量值确定估计值，在当前情况中是转差频率和/或转速的估计值，并且该估计值与测量值相比较，在当前情况中是与由评估各向异性而确定的转差频率和/或转速比较，模型的参数在重复的过程中被改变，直到估计值与测量值尽可能好地一致。在最简单的情况中，该模型包括仅一个未准确已知的参数，在当前情况中例如是异步电动机转子的温度，这样适配过程相对简单和快速地进行。用于将模型的多个参数适配到测量值的时间曲线的数学方法也充分地已知。

因此本发明允许借助本身仅适合于缓慢的改变或恒定的运行条件的测量值也改善瞬态过程的调节，其方式为：用于调节而使用的模型的至今未准确已知的参数相对准确地被确定并因此在瞬态过程中也以正确的参量可供使用。

在本发明一种优选实施形式中，异步电动机借助脉冲振动子换流器和电流调节装置调节，该脉冲振动子换流器和电流调节装置与转速调节器连接，其中模型是具有多个可变的参数的磁场定向的观察器模型。通过将在各向异性评估器中获得的实际转差频率和/或转速与相应的从模型中估计的参量相比较，依次地检验和改变所述模型的各参数，尤其是重复地检验和改变所述模型的各参数，直到从模型中估计的转差频率和/或转速与由各向异性评估器确定的实际的转差频率和/或转速达到基本一致。

特别优选按本发明的方法重复地在一定的时间段中执行，所述时间段优选至少具有转差频率的倒数的四分之一的长度，在所述时间段中异步电动机以基本上恒定的转速和/或负载运行。在这些时间段中，通过评估转子磁场中的各向异性的影响，能以大的精度确定转速，由此模型的一个或多个参数也能以大的精度适配到实际情况。这样接着例如通过负载变化或转速改变而发生的运行变化借助非常准确地运作的模型执行，其中在恒定转速的阶段中总是能如所述的那样重新进行模型参数向实际情况的适配。这一切不需要任何在异步电动机上的附加传感器，既不需要转速传感器也不需要温度传感器。

异步电动机的转差频率在额定点通常处于旋转磁场频率的6％以下、尤其是旋转场频率的3％以下的范围中，从而通过在转子磁场中的各向异性产生的在异步电动机供电中的电流和/或电压波动能相对好地与大多数其他信号分离并被进一步评估。因此优选借助带通滤波器或低通滤波器分离和评估通过各向异性产生的信号。这允许精确的评估，即使所述信号具有比其他信号显著小的幅值。

按本发明的方法也能应用于这样的场合中，其中，所述模型需要至少一个参数，该参数依赖于未直接测量的参量，例如依赖于在异步电动机的转子或定子中的温度分布。所述参数能在基本上恒定的运行条件的时间段中借助在利用所述模型确定的估计的转差频率或转速与由各向异性评估器确定的转差频率或转速的实际值之间的比较而进行跟踪，直到两个值相一致。在此也能显示或进一步处理与所述跟踪的参数相配的未被直接测量的参量。

所提出的任务也通过用于改进对异步电动机进行调节的装置解决，所述异步电动机包括定子和具有磁各向异性的转子，存在调节单元，所述调节单元用于异步电动机的借助模型的调节、尤其是借助磁场定向的观察器模型的调节，所述调节单元与电压测量值传感器和/或电流测量值传感器连接，所述电压测量值传感器和/或电流测量值传感器提供与在异步电动机中出现的磁场相关的测量值，所述模型考虑至少一个可变的参数，此外所述电压测量值传感器和/或电流测量值传感器与各向异性评估器连接，所述各向异性评估器由此能确定转子的实际转差频率和/或转速。按本发明，所述各向异性评估器和所述模型这样与比较器连接，使得该比较器能将获得的实际转差频率和/或转速与相应的由模型提供的模型估计值进行比较，并且比较的结果能返回模型中用于适配在模型中的参数。这种结构尤其是与通常的借助观察器模型的磁场定向的调节叠加，由此所述模型能持续地以实际的参数运作，即变成为参数适应的。

优选按本发明的装置在各向异性评估器中具有用于分离异步电动机的信号的构件，尤其是带通滤波器或低通滤波器，用于滤出通过在转子磁场中的各向异性产生的信号。

对通过各向异性产生的信号的一种特别的评估证实是特别有利和抗干扰的，即确定在异步电动机中的与时间相关的磁能。通过各向异性，异步电动机具有与转子相对于旋转磁场的位置相关地波动的磁能，该磁能可以特别准确地测量。因此各向异性评估器优选具有用于测量和评估在异步电动机中与时间相关的磁能的波动的构件。

替代地或附加地，有利的是，在磁通量的瞬时值方面评估通过各向异性产生的信号。通过确定磁通量的瞬时值能确定转子的位置和/或转子的转速。这尤其是也可通过优选在异步电动机的供电中的单独的装置实现。

在本发明的一种优选的设计中，存在至少一个用于分离通过在转子磁场中的各向异性产生的信号的构件，该构件配置给各向异性评估器。由于转差频率与系统中的所有其他频率相差至少一个数量级，非常准确地滤出、尤其是通过带通滤波器或低通滤波器非常准确地滤出对于转差频率重要的信号是可能的。

对于上述测量方法可达到的精度的较新试验显示，在异步电动机转子中相对低的各向异性也能用于准确的测量。为避免涡流，异步电动机的转子通常由各单独的互相分离的金属板层构造，这些金属板层由特殊的、可良好磁化的、铁磁性的合金构成。由这种合金构成的金属板层在实际上总是具有关于其可磁化性的优先方向。因此本发明的任务也可通过一种测量系统解决，其中，各金属板层在其整体上定义在转子的可磁化性方面的优先方向，从而在运行中产生跟随转子旋转的、各向异性的磁场，异步电动机具有供电，并且提供给异步电动机的电流和/或电压被测量，并且存在用于选择性地评估各向异性对测量的电流和/或电压的影响的构件。基于这种意想不到的认识，本发明描述了具有通过转子金属板层的优先方向预定的转子各向异性的异步电动机与用于选择性地评估所述各向异性对测量的电流和/或电压的影响的构件的组合。虽然在现有技术中认为，只有当涉及用于产生在转子磁场中的各向异性的特别措施时，所述测量方法才能被应用，但本发明教导，这在典型的、成批制造的异步电动机中在不做改变的情况下也是可能的。

当然按本发明的一种优选的实施形式，也可针对性地进行在转子上的改变，以提高测量信号。按本发明，当在运行中磁场的各向异性通过转子的附加特性强化时，有利的是，这样选择这些特性，使得这些特性基本上沿可磁化性的优先方向强化地起作用。这样能实现特别良好地可评估的信号。

特别优选的是，尤其是在转子上的不旋转对称的材料去除部或材料集聚部导致希望的信号，如果所述材料去除部或材料集聚部这样布置成使得由此引起的磁场各向异性在运行中强化通过优先方向产生的各向异性的话。虽然在现有技术中至今进行在转子上的改变，所述改变导致这样大的信号，使得通过优先方向引起的各向异性可被忽略，本发明的认识允许通过小的材料去除部或材料集聚部也实现足够强的信号，如果所述材料去除部或材料集聚部仅强化通过优先方向可能存在的各向异性的话。

特别有利的是，当测量各向异性对异步电动机中的磁能和/或磁通量的影响时，甚至能利用相对小的通过在运行中的各向异性产生的信号。在异步电动机的磁场中储存的能量和/或磁通量随着各向异性的转子相对于旋转磁场的位置而波动，更确切地说是与转差频率成比例地波动，尤其是以转差频率的两倍值波动，这是可以非常准确和抗干扰地测量的。所述比例系数依赖于各向异性结构的类型和数量。

附图说明

本发明的理论基础、几个实施例和其他的细节借助接着的说明和附图进一步解释。附图如下：

图1异步电动机的示意性断面图，其包括具有非旋转对称的特

性的转子；

图2借助带参数修正的观察器模型对异步电动机的按本发明的

磁场定向的调节；

图3按本发明的参数修正的原理电路图；

图4在直角坐标系中的电压矢量的图示；

图5在直角坐标系中的电流矢量和电压矢量的图示。

具体实施方式

图1示意性地示出具有定子12和由金属片层11构造的转子13的异步电动机10的横截面，所述转子具有各向异性，在当前情况下通过材料去除部19和通过金属片层11的磁性优先方向P具有各向异性。在根据图1的该实施例中的各向异性这样构造，使得转子13具有两个相对置的带基本上相同的空隙的区域。构造相对置的、基本上相同的空隙具有关于转子13的均匀转动的优点。尤其是基本上避免所谓的不平衡。为了更好地理解接着的理论解释，为转子13配置具有第一轴线15和第二轴线16的转子坐标系14。在该实施例中尤其是在优选此处至少具有转差频率倒数的四分之一的长度的时间段中执行数据记录，异步电动机10以基本上恒定的转速和/或恒定的负载运行。在原则上有利的是，以类似的方式借助转子13的各向异性的数目确定数据记录的最小时间。

图2在示意图中示出异步电动机10，其具有从属的外围设备，即与脉冲振动子换流器17连接的电流调节装置22、转速调节器23、所谓的观察器模型24(该观察器模型包括本身已知的用于异步电动机10的调节模型)以及多个本身已知的用于电压测量和/或电流测量的测量值传感器18。按本发明附加地存在各向异性评估器21，该各向异性评估器包括用于分离在运行中通过转子13的各向异性产生的信号的未描述的构件，并且评估所述信号用于确定转子13的转差频率或转速。按本发明，该各向异性评估器21不是直接作用于转速调节装置，而是与观察器模型24连接，如在图2中仅通过箭头表示并且借助图3进一步解释。

图3示出，由各向异性评估器21确定的转差频率或者说转差圆频率的实际测量值、即ω₂测量值在输入端输送至比较器20，该比较器将该测量值与由观察器模型24确定的估计值、即ω₂估计值相比较并且将结果传递给跟踪器25，该跟踪器跟踪在观察器模型24中应用的一个或多个参数并将可能改变的参数传递给机器参数的存储器26，从而在用于机器方程的作为观察器模型一部分的计算单元27中，能以基本上与异步电动机的实际状态相对应的校正的参数进行处理。由此再次产生改善的ω₂估计值的输出29，该改善的估计值再次提供给比较器20。这样重复的过程导致，能以非常准确地与实际相适配的参数在观察器模型中进行处理，这在转子13的各向异性的评估也许不可能的瞬态过程中也导致非常准确的调节。以下还给出用于本发明背景的附加解释。

用于运行以下也称为异步电机的异步电动机的一种非常有效的方法是磁场定向的调节。在该方法中，调节回路针对在机器内的磁通量。这可以是转子磁通量、定子磁通量或主磁通量。通过这样的调节模式实现例如驱动装置的非常好的运行特性。尤其是允许非常动态的运行。

为了能实现该调节方法，需要检测在机器内的磁通量位置。在经典的模型中为此集成旋转传感器。因为旋转传感器是具有许多缺点的附加构件，人们尽力设法不用旋转传感器。在许多情况中，为此使用观察器模型。通过在模型中对机器结构的数学模拟和有针对性的跟踪，能够检测和再调节磁通量的位置。

转速的检测应该视为与磁场的检测分离。即使磁场的位置准确地已知，还是不能推断出转子的位置或轴转速。在旋转的磁场即旋转磁场与机器转速之间的差别通过转差描述。该转差对于异步电机的基本运行特性是必须的并一直存在。

为获得关于轴转速大小的报告，在许多情况中采用转差的估计值。通过观察器已知旋转磁场的位置或转速。如果从该旋转磁场转速得出转差，则直接产生轴的转速。

转差的估计值由在模型中应用的机器方程结合机器参数产生。因为这些值受波动的影响，在传统的方法中在任何时刻都不可能借助所述模型准确地确定转差或转速。

但是如果如图1所示的，异步电动机具有可探测的各向异性，则可能在测量技术上检测机器的准确转差。为了检测转差，例如在电压控制的系统中，检测在异步电动机的三个供电线的至少两个中的电流。在此不需要对电流测量提出特别的要求。为此可利用本来就在典型的变流器中存在的变压器。除电流测量之外，在典型的布置中还非常适宜检测中间回路电压，由此可回避测量各单独的相电压。

图2示出异步电机的一种可能的观察器结构，但本发明不限于该观察器结构。可在右边区域中识别出的硬件区域描述了对于运行需要的构件和测量技术。

从各向异性中测量出的转差信息被利用于跟踪机器参数。这在图2中示意性地表示。

图3示出用于跟踪机器参数的按本发明的原理性调节回路。

圆频率ω₂测量值是通过测量各向异性获得的实际转差频率值。从电动机参数估算出的圆频率值是ω₂估计值。机器方程的电动机参数跟踪被模拟的调节回路，直到两个信号间的调节差别消失。这直接导致两个信号相一致。

因为旋转磁场转速已经已知并且现在估算的转差也与实际值一致，所以机器的转速能被视为已知的。

如果机器的负载变化，则产生转差的改变。在理想的情况中，机器的已经跟踪的参数值始终与测量值一致，从而不再需要再调节。如果出现偏差，则按图3的按本发明的机器参数跟踪再次补偿所述差别。

通过选择的结构一方面有可能，在不使用单独的旋转传感器的情况下，无旋转传感器地探测机器的准确的轴转速。另一方面，转速调节的动态性完全保持并且满足磁场定向调节的驱动装置的动态性。此外跟踪机器参数，这在总体上改善了机器的可观察性。

接着的解释用于更好地在理论上理解本发明。按本发明的方法以存在各向异性的转子为基础。各向异性在异步电动机运行中的效应被检测和评估。图1示出各向异性的转子的原理性的断面图。

与转子不变地联系的转子坐标系14具有第一轴线15，其坐标值以下以d表示，并且具有第二轴线16，其坐标值以下以q表示。对应于轴线取向明显的是，沿q方向形成的磁通量将会显示与沿d方向的情况时不同的特性。通过测量输送给机器的电流参量和电压参量，能够回推出各向异性并因此获得关于转差频率的信息。如果检测到内部力矩的波动，则在该波动中存在对转差频率的反映。通过旋转对称偏差引起的电抗差别被列为对此的原因。为了施加磁场需要能量，或者说磁场的存在是与能量相联系的。一般这种在场中存储的能量W_mag可由已知的电工技术原理推导出。与此相关的是：

$W_{\mathrm{mag}}=\∫\∫\∫\frac{\stackrel{\→}{B}*\stackrel{\→}{H}}{2}\mathrm{dV}---\left(1\right)$

参量描述磁通密度并且参量描述磁场强度。体积通过V表达。在电工技术中通常是以积分参数而不是以场参量进行运算。已知的参量例如是电容C、电感L、电压u或者也可以是电流i。根据以上说明，在已知电流时，电感描述了在场中存储中能量。电感在这种关系中可以理解为对于磁能的比例系数。在形式上适用方程：

$W_{\mathrm{mag}}=\frac{1}{2}L*i^2---\left(2\right)$

磁能是一种能量形式，该能量形式能可逆地被供给和导出。在电网中通常的是，这种能量在不同的消耗器和/或发生器之间来回地波动。因为这种能量形式不能直接分派给电消耗器的有效功率，所述一时出现的磁能在惯常表达中被理解为无功功率。

如果存在波动的正弦电流，如通常在交流电消耗器中那样，则根据方程(2)在磁场中的能量也波动。磁能的瞬时值相应地不是恒定的。

在三相交流电机中，通过n相的几何上彼此错开的线圈系统产生尽可能理想的线圈系统。通常使用两相或三相系统。在忽略零序系统的情况下，总是能将任意的n相系统转化为两相的正交系统。例如以下描述的克拉克变换适用于将三相电压系统变换为两相电压系统：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\\ u_0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ 0& \frac{1}{\sqrt{3}}& -\frac{1}{\sqrt{3}}\\ \frac{1}{3}& \frac{1}{3}& \frac{1}{3}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right)---\left(3\right)$

相关于三相系统的参量是a、b、c。正交系统通过参量描述。此外产生以0表示的零序系统。如果应用上述变换，则可在任意时刻单义地通过正交的α、β分量描述向量(在不存在零序系统时，这在许多情况下可被假设)。图4例如示出任意时刻的电压向量(空间矢量)。

在异步电机中，矢量通常旋转。例如旋转的磁通量矢量产生旋转磁场。除电压矢量此外可一起引入电流矢量。例如图5为此示出包括电流矢量和电压矢量(i、u)的矢量图。在电流矢量和电压矢量之间的角度以描述。

与交流电压系统相比，在恒定的负载/输出的前提下，在三相电压系统中存在始终不变的能量流。功率振荡在这种系统中不存在。例如根据上述描述的有效功率P的瞬时值与下面的表达式成比例：

对于无功功率，适合的方程是：

以所述正交的分量表达，无功功率的瞬时值能借助下列公式确定：

$Q~(u_{\mathrm{\β}}*i_{\mathrm{\α}}-u_{\mathrm{\α}}*i_{\mathrm{\β}})---\left(6\right)$

此处在理想的系统中也不存在无功功率的振荡或类似现象。更准确地说存在恒定的值，该恒定的值根据方程(1)或(2)描述系统内的磁能。如果根据方程(2)的有效电流假设为已知或通过模型方程计算，在已知磁能时能(例如根据方程(5)、(6))反推出线圈结构的有效电感L。

已证实有利的是，通过评估在机器中的磁能或变化的电感确定在转子中存在的各向异性。由此产生原则上的优点。因此例如相比于有效功率或振荡的内部力矩，磁能与负载状态无关。惯性力矩的影响和转差频率的影响应该理解为所述负载状态。此外电感或无功功率的参量视为相对恒定和与负载无关，这显著降低技术评估的难度。

上述用于无功功率评估、磁能评估或电感评估的考查也包含这样的评估方法，该评估方法包括通过场引起的电压感应。基本的电磁感应定律表明，感应电压的大小与交链磁通ψ的变化成正比。适用公式：

$u=\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(7\right)$

交链磁通ψ能由电感L与电流i的乘积表达。

ψ＝L*i(8)

如果从已知的电流i出发，则能通过根据方程(7)对电压u进行评估同样进行对有效电感的推断。如已经说明的，能以这种方式进行对异步电机转差频率的推断。最后叙述的“电压感应方程组”能类似于以上对n相系统的描述同样有利地套用到所述n相系统中。

为了在实际中实现上述关系，将所述方程组与以上说明的机器模型结合。在所述机器模型中最后进行转差频率的评估。在模拟和实际中表明，对内部力矩的评估伴随着缺点，因此待评估的波动的大小依赖于负载状态并因此依赖于机器的转差。此外存在对有效惯性力矩的相关性。为了回避这些缺点更有利的是，使用其它参量用于评估。

按本发明，使用磁能和/或机器磁通量的瞬时值用于评估。因此在每一时刻计算在磁场中存储的能量和/或磁通量并且将其用于对转差信息的评估。这种操作方法回避了上述的缺点并使得能够与负载和惯性力矩无关地评估转差频率。此外能在每一时刻进行磁通量的评估。

为了评估所述磁能和/或磁通量，以本身已知的方式合适的是，以空间矢量模拟机器。通常利用空间矢量变换计算机器的有效功率或有效力矩。但借助相同的方程也可能的是，检测磁能的、无功功率的、机器内部磁通量的瞬时值。

附图标记列表

10异步电动机

11金属板层

12定子

13各向异性的转子

14转子坐标系

15第一轴线

16第二轴线

17脉冲振动子换流器

18电压测量值传感器/电流测量值传感器

19材料去除部

20比较器

21各向异性评估器

22电流调节装置

23转速调节器

24观察器模型

25跟踪器

26机器参数存储器

27用于机器方程的计算单元

29ω₂估计值的输出端

P(磁)优先方向

Claims (21)

1.用于改进对异步电动机(10)进行调节的方法，该异步电动机包括定子(12)和具有磁各向异性的转子(13)，该异步电动机(10)借助模型进行调节，与在异步电动机(10)中出现的磁场相关的与时间相关的电压测量值和/或电流测量值提供给所述模型，并且所述模型考虑至少一个可变的参数，此外，通过转子(13)的磁各向异性在电流测量值和/或电压测量值中产生的波动在各向异性评估器(21)中进行评估并且由此确定转子(13)的实际转差频率和/或转速，其特征在于，通过将在各向异性评估器(21)中获得的实际转差频率和/或转速与相应的从模型中获得的估计值相比较，确定模型的所述参数与在调节技术上希望的值的偏差并且改变所述参数，直到从模型中估计的转差频率和/或转速与由各向异性评估器(21)确定的实际转差频率和/或转速达到基本一致。

2.按权利要求1的方法，其特征在于，所述模型是磁场定向的调节模型。

3.按权利要求1的方法，其特征在于，异步电动机(10)借助脉冲振动子换流器(17)和电流调节装置(22)进行调节，所述脉冲振动子换流器和电流调节装置与转速调节器(23)连接，此外所述模型是具有多个可变的参数的磁场定向的观察器模型(24)，通过将在各向异性评估器(21)中获得的实际转差频率和/或转速与相应的从观察器模型(24)中估计的参量相比较，依次地检验和改变所述模型的各参数，直到从观察器模型(24)中确定的转差频率和/或转速与由各向异性评估器(21)确定的转差频率和/或转速达到基本一致。

4.按权利要求3的方法，其特征在于，重复地检验和改变所述模型的各参数。

5.按权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述方法重复地在一定的时间段中执行，在所述时间段中异步电动机(10)以基本上恒定的转速和/或基本上恒定的负载运行。

6.按权利要求5的方法，其特征在于，所述时间段至少具有转差频率的倒数的四分之一的长度。

7.按权利要求1至4之一的方法，其特征在于，通过在转子(13)的磁场中的各向异性产生的电流测量值和/或电压测量值的波动在各向异性评估器(21)中进行分离，并且接着进行评估。

8.按权利要求7的方法，其特征在于，所述分离通过带通滤波器或低通滤波器进行。

9.按权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述模型需要至少一个与未直接测量的参量相关的参数，所述参数在基本上恒定的运行条件的时间段中借助在利用所述模型确定的估计的转差频率或转速与由各向异性评估器(21)确定的转差频率或转速的实际值之间的比较通过跟踪器(25)进行跟踪，直到两个值相一致。

10.按权利要求9的方法，其特征在于，所述未直接测量的参量是在异步电动机(10)的转子(13)和/或定子(12)中的温度分布。

11.按权利要求9的方法，其特征在于，显示或进一步处理分配给跟踪的所述参数的未被直接测量的参量。

12.用于改进对异步电动机(10)进行调节的装置，该异步电动机包括定子(12)和具有磁各向异性的转子(13)，存在调节单元，该调节单元用于异步电动机(10)的借助模型的调节，所述调节单元与电压测量值传感器和/或电流测量值传感器(18)连接，所述电压测量值传感器和/或电流测量值传感器提供与在异步电动机(10)中出现的磁场相关的测量值，并且所述模型考虑至少一个可变的参数，此外所述电压测量值传感器和/或电流测量值传感器与各向异性评估器(21)连接，所述各向异性评估器由此能确定转子(13)的实际转差频率和/或转速，其特征在于，所述各向异性评估器(21)和所述模型与比较器(20)连接，使得获得的实际转差频率和/或转速能与相应的由模型提供的模型估计值相比较，并且比较的结果能返回到模型中用于适配在模型中的参数。

13.按权利要求12的装置，其特征在于，所述模型是磁场定向的观察器模型(24)。

14.按权利要求12的装置，其特征在于，各向异性评估器(21)具有用于分离异步电动机(10)的信号的构件，用于滤出通过在转子(13)的磁场中的各向异性产生的信号。

15.按权利要求14的装置，其特征在于，所述用于分离异步电动机(10)的信号的构件是带通滤波器。

16.按权利要求12至15之一的装置，其特征在于，各向异性评估器(21)具有用于测量和评估下列参数中的至少一个参数的构件：

a)在异步电动机中与时间相关地存储的磁能和

b)磁通量。

17.按权利要求12至15之一的装置，其特征在于，异步电动机(10)包括由各单独的铁磁性的金属板层(11)构造的转子(13)，各金属板层在其整体上定义在转子(13)的可磁化性方面的优先方向(P)，使得在运行中产生跟随转子(13)旋转的各向异性的磁场。

18.按权利要求17的装置，其特征在于，在运行中磁场的各向异性通过转子(13)的附加特性强化，这些附加特性基本上沿可磁化性的优先方向强化地起作用。

19.按权利要求18的装置，其特征在于，转子(13)具有至少一个不旋转对称的材料去除部(19)或材料集聚部作为附加特性，所述材料去除部或材料集聚部这样布置，使得由此引起的在运行中的磁场各向异性强化通过优先方向产生的各向异性。

20.按权利要求12至15之一的装置，其特征在于，存在用于确定下列参数中的至少一个参数的构件：

a)在异步电动机中与时间相关地存储的磁能和

b)磁通量，

并且存在用于分离通过转子(13)的各向异性产生的、与其他分量相比具有较低频率的分量的构件。

21.按权利要求20的装置，其特征在于，存在用于由磁能的分离的通过各向异性产生的分量确定转差频率和/或转速的构件。